海洋島火山岩のリチウム同位体組成を用いた地球内部に沈み込んだ海洋地殻の行方の解明

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海洋島火山岩のストロンチウム(Sr)・ネオジム(Nd)・鉛(Pb)といった同位体組成分布から,マントルには少なくとも4つの成分(DM, HIMU, EM1, EM2)が存在すると考えられている。本研究以前は,これらのマントル成分の中でもEM1成分は特に理解が進んでおらず,その起原に関して研究者の間に統一した見解は出るに至っていなかった。これは地球内物質循環研究ではよく用いられるSr-Nd-Pb同位体トレーサーが4つのマントル成分でもEM1の検出には感度がそれほど良くなかった事が原因である。研究代表者が主著で2004年に発表した論文*では,著しく軽いLiの同位体組成がEM1マントル成分の特徴であるという説を提唱した。EM1マントル成分が普遍的に著しく軽いLiの同位体組成を持つなら,EM1の起源は沈み込んだ海洋地殻の中でも最上部層に相当する著しく海洋底変質を受けた部分となる。しかし,このEM1が著しく軽いLiの同位体組成を持つ説はマントルゼノリス試料の結果を基にしていた。そこで,本研究ではEM1成分に卓越する海洋島火山岩のLi同位体を分析した。ここで注意すべきは,EM1成分に卓越した火山岩が地表に噴出してからの年月からかなり経過しているため表層変質の影響を受けやすい全岩分析でのLi同位体データは表層変質の影響を受けている可能性が高い。そこで,本研究ではEM1マントル成分に卓越した海洋島火山岩から比較的風化に強い構成鉱物を分離してLi同位体を測定した。その結果,著しく軽いLiの同位体組成の発見に成功した。この発見によって,本研究課題の当初の目的が達成され,これまで謎とされていたEM1マントル成分の起源が著しく沈み込んだ海洋地殻の最上部層とする研究代表者が提唱した説が正しいことが明らかとなった。*: Nishio Y., Nakai S., Yamamoto J., Sumino H., Matsumoto T., Prikhod'ko V.S. and Arai S. (2004) Lithium isotopic systematics of the mantle-derived ultramafic xenoliths : implications for EM1 origin. Earth Planet.Sci.Lett. 217, 245-261.